日本熊本大学研究生院先端科学研究部的猪股雄介助教、自然科学教育部的山田白鸟硕士生，以及产业纳米材料研究所的木田彻也教授组成的研究团队发现，在结晶化过程中添加醇类物质，能够实现对手性无机晶体三氯化铯铜（CsCuCl₃）的光学分离。相关成果已发表在期刊《Crystal Growth and Design》上。
图1：右手型(a)和左手型(b)三氯化铯铜（CsCuCl₃）的晶体结构（供图：熊本大学）
手性是有机分子中广为人知的概念，在无机晶体中也同样存在具有手性对应关系的物质。已知三氯化铯铜就是同时具有右手型和左手型晶体的手性无机晶体，其结构衍生的手性结构带来的材料性质备受期待。另一方面，结晶过程中右手型与左手型混合并存而形成的外消旋孪晶，已成为当前面临的主要难题。
天然的矿物水晶（SiO₂）同样属于手性无机晶体，但其形态与孪晶结构会因产地不同而存在差异。一般认为，这是由于结晶温度、杂质的存在等晶体生长条件不同所导致的，反过来这也表明可以通过控制晶体生长条件来调控无机晶体的手性。
研究团队此前已证实，结晶温度对三氯化铯铜的光学分离具有关键作用，本次研究发现，通过在结晶过程中添加醇类等有机溶剂，能够使三氯化铯铜分别结晶为右手型和左手型结构，从而实现光学分离。
由于三氯化铯铜是一种水溶性化合物，研究团队采用水溶液的溶剂蒸发法来实现结晶（结晶温度为35℃）。实验结果显示，仅使用水时得到的是右手型与左手型晶体畴区混合的外消旋孪晶。而添加有机溶剂后，晶体会分别以右手型和左手型结构析出。在众多有机溶剂中，醇类对光学分离尤为有效，其中1-戊醇和乙二醇表现出显著效果。通过比较晶体形态可以发现，醇类的添加抑制了晶体沿c轴的生长，并改变了其生长面。研究认为，这种结晶生长过程的差异正是决定最终形成的是外消旋孪晶还是单一手性晶体的关键。
此外，当增加有机溶剂的添加量时，会生成非手性结构的Cs₃Cu₃Cl₈(OH)。将其作为晶种进行结晶实验后，手性的三氯化铯铜便在Cs₃Cu₃Cl₈(OH)晶体表面析出。该结果表明，手性晶体的形成并非必须依赖手性相的存在。
本次研究成功揭示了一种获取手性无机晶体的有效方法。研究团队指出，该技术不仅适用于三氯化铯铜，未来亦有望拓展至其他手性无机晶体的光学分离领域，有望成为按需制备手性无机晶体的新方法。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Crystal Growth and Design
论文：Solvent and Achiral Crystalline Phase-Induced Chiral Resolution of CsCuCl₃
DOI：10.1021/acs.cgd.5c01350
